Цикл работ Чернышова Александра Александровича (сектор 501) «Численное моделирование трехмерной турбулентности в космической плазме» на конкурс научных работ ИКИ РАН 2008 в номинации “работа молодого ученого”.

Представляемый цикл работ посвящен изучению сжимаемой трехмерной магнитогидродинамической (МГД) турбулентности в космической плазме.

Многие течения электропроводящей жидкости не могут быть описаны в рамках несжимаемой среды, или сжимаемыми уравнениями в приближении политропии (или адиабатичности), а необходимо рассматривать теплопроводящую плазму[1] с использованием уравнения энергии. Применение метода крупных вихрей для сжимаемой теплопроводящей МГД жидкости значительно усложняется из-за того, что нужно решать уравнение энергии, в котором после операции фильтрации появляются дополнительные подсеточные слагаемые из-за наличия магнитного поля, требующие разработки теории для их параметризации. В работе[1] система сжимаемых МГД уравнений для электро- и теплопроводящей жидкости, включающая уравнение энергии в форме уравнения сохранения полной энергии, рассматривается для трех различных турбулентных течений: с малым числом Маха Ms, с умеренным значением Ms и режим сверхзвукового течения. Подробно рассмотрены и предложены параметризации для принципиально новых дополнительных подсеточных слагаемых в уравнении энергии после процедуры фильтрации вследствие наличия сжимаемости и магнитного поля.

В статье[2] проведено численное трехмерное моделирование сжимаемой МГД турбулентности локальной межзвездной среды. Показано, что сильно сжимаемая МГД турбулентность становиться слабо сжимаемой и флуктуации плотности являются пассивным скаляром в поле фоновой турбулентности, то есть спектр кинетической энергии и спектр флуктуаций демонстрируют спектр колмогоровского типа. Также в этой работе исследуется анизотропия межзвездной турбулентности и показывается, что крупномасштабные структуры имеют анизотропию, в то время как на мелких масштабах наблюдается изотропная турбулентность. Изучается намагниченность плазмы, которая падает со временем[2]. Показано, что переход МГД плазмы от существенно сжимаемого турбулентного течения к умеренно сжимаемому течению в межзвездной среде не только преобразовывает сверхзвуковое движение в дозвуковое, но также приводит к ослаблению намагниченности плазмы.

1. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan «Modeling of compressible magnetohydrodynamic turbulence in electrically and heat conducting fluid using large eddy simulation», Physics of Fluids, Vol. 20, Issue 8, 085106, (2008)

2. A. A. Chernyshov, K. V. Karelsky, A. S. Petrosyan «Three-dimensional modeling of compressible magnetohydrodynamic turbulence in the local interstellar medium», Astrophysical Journal, Vol. 686, (2008)